Liaison et Propriétés Élémentaires

Quels sont les types de liaisons ?

Il existe trois principaux types de liaisons en chimie :

• la liaison covalente
• ionique
• Métallique

Nous avons des articles spécifiquement consacrés à chacun de ces trois types. Cependant, nous allons te faire un petit récapitulatif maintenant pour te mettre à niveau, avant de nous pencher sur leurs propriétés.

Liaison covalente

Les atomes forment des liaisons entre eux afin d'obtenir une coquille extérieure complète d'électrons. Les non-métaux y parviennent généralement en formant des liaisons covalentes. Celles-ci se produisent lorsque les orbitales des électrons de valence de deux atomes se chevauchent, formant une paire d'électrons que les deux atomes partagent entre eux.

Les atomes peuvent former plusieurs liaisons covalentes, ainsi que des liaisons doubles ou même triples. Par exemple, l'ammoniac contient un atome d'azote lié à trois atomes d'hydrogène par des liaisons covalentes simples, tandis que l'ion cyanure contient un atome de carbone lié à un atome d'azote à l'aide d'une liaison covalente triple.

Liaisons covalentes multiples, illustrées dans l'ammoniac et l'ion cyanure. Anna Brewer, StudySmarter Original

Liaison ionique

Plus haut, nous avons vu que deux non-métaux se lient en partageant des électrons. En revanche, un métal et un non-métal se lient en donnant des électrons. Le métal abandonne ses électrons de l'enveloppe extérieure et les transfère au non-métal, qui gagne des électrons. Cela forme deux ions qui ont tous deux des enveloppes extérieures d'électrons pleines. Les ions sont attirés l'un vers l'autre par une forte attraction électrostatique, formant un réseau ionique géant qui s'étend dans toutes les directions. Nous appelons cette attraction une liaison ionique.

Le chlorure de sodium est un excellent exemple de liaison ionique. Pour obtenir une enveloppe extérieure complète, le sodium doit perdre un électron. Il le fait en le donnant au chlore, qui doit gagner un électron. Cela forme des ions sodium positifs et des ions chlorure négatifs, qui sont attirés l'un vers l'autre par une forte attraction électrostatique.

Liaison ionique dans le chlorure de sodium. Anna Brewer, StudySmarter Original

Liaison métallique

Nous savons maintenant comment deux non-métaux se lient, et comment un métal et un non-métal se lient. Mais comment deux métaux se lient-ils ? Comme leur nom l'indique, ils utilisent ce que l'on appelle la liaison métallique.

Pour obtenir une enveloppe extérieure complète, chaque atome de métal abandonne ses électrons de valence et devient un ion métallique positif. Les électrons forment une mer de délocalisation qui entoure les ions métalliques, et toute la structure est maintenue par l'attraction électrostatique entre les ions positifs et les électrons négatifs.

Le sodium en est un exemple typique. Il possède un électron dans son enveloppe extérieure. Lorsque les atomes de sodium se lient, chaque atome perd son électron de l'enveloppe externe pour former un ion sodium positif. Les électrons forment une mer de délocalisation qui entoure ces ions métalliques.

Liaison métallique dans le sodium. Anna Brewer, StudySmarter Original

Liaison et propriétés

Nous avons vu comment les métaux et les non-métaux se lient entre eux et avec eux-mêmes. Nous allons maintenant nous intéresser à la façon dont cette liaison affecte leurs propriétés.

Propriétés des liaisons covalentes

Les structures constituées de liaisons covalentes peuvent former soit des solides à réseau covalent, soit de simples molécules covalentes. Dans les solides à réseau covalent, des centaines et des milliers d'atomes sont reliés entre eux par de multiples liaisons covalentes, formant un réseau géant qui s'étend dans toutes les directions. Ils ne forment pas de molécules.

Les molécules covalentes simples, quant à elles, sont des molécules composées d'une poignée d'atomes liés entre eux par des liaisons covalentes. Les molécules sont maintenues ensemble par de faibles forces intermoléculaires. À l'état solide, on parle de solides moléculaires. Ces deux types de structures présentent le même type de liaisons mais ont des propriétés différentes. Pourquoi en est-il ainsi ?

Lesliaisons covalentes sont très fortes. Il faut beaucoup d'énergie pour les surmonter. C'est pourquoi les solides à réseau covalent ont des points de fusion et d'ébullition très élevés - pour faire fondre la structure, tu dois surmonter les liaisons covalentes entre les atomes. Mais bien que les molécules covalentes simples contiennent également des liaisons covalentes, elles ont des points de fusion et d'ébullition bas et sont généralement gazeuses à température ambiante. Cela s'explique par le fait qu'il n'est pas nécessaire de surmonter les liaisons covalentes au sein de la molécule pour faire fondre la substance, mais plutôt de surmonter les faibles forces intermoléculaires entre les molécules.

De même, les solides à réseau covalent sont durs et solides, grâce aux fortes liaisons covalentes qui les maintiennent ensemble. En outre, les solides à réseau co valent et les molécules covalentes simples sont généralement de mauvais conducteurs d'électricité. Cela s'explique par le fait qu'il n'y a pas de particules chargées libres de se déplacer et de porter une charge à l'intérieur des structures. Lessolides à réseau covalent sont également insolubles dans l'eau.

Propriétés de la liaison ionique

Bien que la liaison covalente et la liaison ionique existent sur le même spectre, elles présentent des propriétés très différentes. Examinons maintenant les propriétés des composés ioniques.

Tout d'abord, les structures ioniques forment des réseaux géants, et non des molécules. Les ions d'un composé ionique sont attirés par tous les ions de charge opposée qui les entourent, formant un réseau ionique d'ions positifs et négatifs alternés qui s'étend dans toutes les directions. Cela crée en fait une structure cristalline. L'attraction électrostatique est forte, ce qui donne aux composés ioniques des points de fusion et d'ébullition élevés.

Les composés ioniques sont également durs et cassants. Si tu les secoues, tu fais tomber le treillis ; deux ions ayant la même charge peuvent soudainement se retrouver directement l'un à côté de l'autre. Ils se repoussent l'un l'autre, brisant ainsi le réseau.

En tant que solides, les composés ioniques sont de mauvais conducteurs de chaleur et d'électricité. Les ions chargés sont maintenus fermement en place par la forte attraction électrostatique et ne peuvent pas se déplacer. Mais lorsqu'ils sont fondus ou aqueux, ils ne sont pas maintenus fermement en place et peuvent se déplacer en transportant des charges. C'est pourquoi les composés ioniques fondus et aqueux sont de bons conducteurs d'électricité. Heureusement pour nous, la plupart des composés ioniques sont très solubles dans l'eau. Certains sont même solubles dans les liquides organiques.

Propriétés de la liaison métallique

Intéressons-nous maintenant aux propriétés de la liaison métallique.

Comme pour les composés ioniques, les métaux forment des réseaux géants. Nous avons tendance à parler d'eux comme d'un ensemble d'ions métalliques positifs dans une mer d'électrons délocalisés, maintenus ensemble par une forte attraction électrostatique. En raison de cette forte attraction, les métaux ont des points de fusion et d'ébullition moyens à élevés.

Cependant, contrairement aux composés ioniques, les métaux sont souvent malléables et ductiles. Les fers positifs des métaux sont disposés en rangées, amortis par la mer d'électrons, et peuvent glisser les uns sur les autres. Cela signifie que les métaux peuvent être martelés pour leur donner une forme et être étirés enfils.

La mer d'électrons délocalisés aide également les métaux à conduire. Les électrons sont libres de se déplacer autour du réseau d'ions métalliques positifs, ce qui leur permet de porter une charge. Les métaux sont donc de bons conducteurs de chaleur et d'électricité. Ils sont également insolubles dans l'eau.

Enfin, la liaison des métaux contribue à leur aspect brillant et lustré. Le fait d'éclairer un métal excite certains des électrons délocalisés à l'extérieur de la structure. Pour revenir à leur état fondamental, ils libèrent alors de l'énergie sous forme de lumière, ce qui donne un aspect brillant.

Comparer la liaison et les propriétés

L'examen des propriétés d'une espèce est souvent une indication utile de son type de liaison. C'est particulièrement utile lorsqu'on étudie des espèces qui s'écartent des tendances habituelles.

Par exemple, le chlorure de béryllium, _BeCl2, est constitué d'atomes de béryllium et de chlore. Le béryllium est un métal et le chlore n'est pas un métal. Pour cette raison, on pourrait s'attendre à ce qu'ils se lient de façon ionique. Cependant, ils se lient en fait de façon covalente, formant une simple molécule covalente. Nous pouvons le déduire en examinant les propriétés de la molécule : le chlorure de béryllium a des points de fusion et d'ébullition bas.

Voici un tableau qui compare les différents types de liaisons, ainsi que les structures et les propriétés qui leur sont associées.

Périodicité de la liaison

Si nous connaissions la position d'un élément dans le tableau périodique, pourrions-nous prédire comment il se lie ? En fait, c'est souvent possible. La liaison montre une périodicité.

Voici le tableau périodique.

Le tableau périodique. Crédit image : commons.wikimedia.org

Nous savons que les métaux, qui se trouvent sur le côté gauche du tableau périodique, se lient en utilisant la liaison métallique. Lorsque tu te déplaces vers le côté droit du tableau périodique, tu rencontres les non-métaux. Nous savons que ces derniers ont tendance à se lier par des liaisons covalentes. En descendant dans une colonne du tableau périodique, appelée groupe, tu rencontres des éléments aux propriétés très similaires. Cela est dû au fait que les éléments d'un même groupe se lient de la même façon. En fait, la configuration des électrons et l'emplacement dans le tableau périodique sont de bons indicateurs de la liaison d'un élément.

Voilà, c'est fini ! Tu devrais maintenant être en mesure d'expliquer les différences entre les trois types de liaison et de comparer les propriétés qu'ils confèrent à une espèce.